碳納米管互連的3D晶片矽通孔關鍵技術及可靠性研究

《碳納米管互連的3D晶片矽通孔關鍵技術及可靠性研究》是依託上海大學，由劉建影擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：碳納米管互連的3D晶片矽通孔關鍵技術及可靠性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉建影
• 依託單位：上海大學

中文摘要

矽通孔（TSV）技術是解決大規模積體電路互連危機最具潛力的方案之一。目前TSV主要通過電鍍銅實現，但工藝複雜和可靠性等問題，限制了其在高密度互連中的運用，因此迫切需要發展亞微米級下的互連材料和工藝。本項目在課題組套用碳納米管（CNT）材料於高密度封裝關鍵技術研究基礎上，對CNT在盲孔中的生長機理、CNT互連3D TSV的集成工藝及集成後器件的可靠性進行深入研究。具體內容包括：CNT在盲孔的生長及運用中出現的機理性問題研究（不同工藝參數、催化劑等條件下的CNT結構與形貌、形成差異性的關鍵因素及控制方法）；CNT簇緻密方法、低溫間接轉移及其3D TSV集成工藝開發；製作多層（3層以上）CNT TSV晶片，對比並分析不同集成工藝對互連通路的電阻及可靠性（熱循環、跌落和電遷移等）的影響；通過可靠性試驗結果分析，確定失效模式及相應的失效機理，進而完善CNT生長、互連和3D集成工藝。

結題摘要

本項目在課題組套用CNT材料於高密度封裝關鍵技術研究基礎上，擬對CNT在矽盲孔中的生長以及緻密化工藝、CNT填充TSV工藝、CNTs填充TSV的晶片3D組裝工藝及集成形成3D器件的可靠性進行深入研究。工藝最佳化後得到的高質量CNT經過緻密化處理後，用低溫轉移技術將其轉移到TSV中。為了填充CNT和TSV之間的空隙，聚合物作為填料固定CNT，經過化學機械拋光平整化處理後形成一個穩定的矽通孔結構。雖然填充工藝被儘可能最佳化，但是這種CNT與聚合物複合結構填充的矽通孔電阻率與銅相比還是過高。為了解決這個問題，我們開發了CNT與銅複合結構填充矽通孔，不但使其電阻率與銅在同一個數量級，而且其熱膨脹係數與矽相近，大大提高了三維器件的可靠性。同時，該工藝與現有半導體製造工藝相兼容，因此很有潛力極大改變未來超摩爾定律發展的微電子散熱與互連前景。